水声工程国防特色学科科教融合高水平人才培养模式探索与实践

2022-12-22聂东虎莫世奇

高教学刊 2022年34期

聂东虎，乔钢*，莫世奇，周锋

（1.哈尔滨工程大学水声工程国家级实验教学示范中心，哈尔滨 150001；2.哈尔滨工程大学水声工程学院，哈尔滨 150001）

国防装备现代化和海洋强国战略建设需求对国防特色专业学生的专业理论、科学素养和工程实践能力提出了新的更高的要求。然而，水声工程是一门综合交叉学科，涉及机械、电子、信息、通信、材料、振动与声学、水声信道和海洋工程等多学科门类，同时也是一门实验科学，涉及复杂的海洋环境，涉及国防高端技术，是处于世界金字塔塔尖的不传之秘，这对人才培养带来了极大的挑战，学生们也很难仅从书本上真正理解水声工程专业的内涵及在实际中如何应用，极大地阻碍了学生的创新意识、创新精神和创新能力。提高人才培养水平和质量，提升学生综合运用专业领域知识和应用能力，促进学生创新能力的培养，科教融合是国防特色专业人才培养的最重要途径。

2020 年9 月教育部、国家发展改革委、财政部联合发布《关于加快新时代研究生教育改革发展的意见》中明确要完善科教融合育人机制，创新招生培养模式，加强系统科研训练，以大团队、大平台、大项目支撑高质量研究生培养。2022 年哈尔滨工程大学姚郁校长在科研工作研讨会上提出主动融入服务国家重大战略，以有组织的科研汇聚人才和创新力量，加强产学研深度融合，凝聚大团队，承担大任务，立足国内自主培养一流人才。哈尔滨工程大学水声工程学院由9 个主要的基层学术团队构成，各团队经过了几十年的积淀，形成了稳定的教师科研队伍、研究方向、教学团队。学院在科研方面具有明显的优势，仅就2021 年承担的省部级和国家级项目225 项，总经费超过7 亿元，人均科研经费超过500万元。学院紧紧围绕国家和行业的需求，与哈尔滨工程大学“三海一核”的办学特色相呼应，依托哈尔滨工程大学船舶与海洋工程一流学科（A+）、水声技术国防科技重点实验室及水声工程国家级教学实验示范中心，以基层学术团队为核心，不断凝聚科研优势资源和力量，探索和实践满足水声工程国防特色专业人才培养国家需求的科教融合的创新培养模式，通过科研和教学双核心驱动，将科研实施过程转化为教学实践环节，将科研平台转化为教学条件，将科研成果转化教学案例、演示验证教具，丰富教学内容，通过教学和科研的高度融合统一，促进学生对专业领域的掌握，通过科教融合科学育人模式的实践，学生培养质量明显提升，毕业生的综合能力得到了行业用人单位多年来的一致好评。

一、科教融合人才培养模式构建方案

高等学校往往局限于模式化和单一化的人才培养探索，对大多数学生而言，学生很难就自己的专业方向和未来前景进行有效的评估，自己是否喜欢自己的专业，能否胜任未来该技术含量和高知识密度研究工作。学生个性化的能力难以得到充分挖掘，学生被动地接受理论知识和有限的基础实验培训，发展得不到持续的关注，积极性和能动性极大地被削弱，自主创新能力被压抑，没有途径或渠道获得个性化的提高和培养，导致学生发展空间受限，到研究生阶段后，必须重新进行培训才能满足科研和学术研究的需求，然而由于有限的时间，当学生掌握必要的技能的时候，已经面临着毕业和毕业论文，这严重限制了学术团队人才培养和科学研究协调发展的效果。随着国防现代化和海洋强国战略对国防特色专业培养的学生专业理论、科学素养和工程实践能力提出了更高的要求，如何通过理论研究、教学实践来实现理论、科学和实践相统一的人才培养模式，让人才培养促进科学研究，反过来促进教学模式的突破，让学生能够获得自己感兴趣或适合的教育，通过3+4 年的深耕教育，培养科学家视角和专业精神。

传统课程体系过度专业化，不能适应人才多样性培养的要求。水声工程专业技术和知识密度非常高，涉及电子、信息、计算机、信号处理和机械工程等多学科交叉，教学计划给定的学时和内容难以满足交叉学科高素质人才培养的需求，导致学生面面俱到，但难以抓住专业的精髓，难以形成对专业领域高屋建瓴的认识，缺乏对具体研究方向的理解，不知道行业痛点和难点问题在哪里，因此难以形成创新思维。

过于刚性的教学管理束缚了学生的个性化发展，不能适应学生自主发展的需求，受应试教育的长期影响，本科生习惯于接受知识灌输，相信权威、相信书本、相信经验、相信已有结论。水声工程学院的杨士莪院士在一次报告中讲到，水声是一门实验科学，非常复杂，没有固定的严格的公式套用，很多结论都是从实验中获得的。认识到这一点，我们必须承认，在加强理论教育的同时，让学生产生知识的科研项目，认识实际中的水声到底是什么样的，也就让学生们了解到在实际海洋环境下，与理论中常常采用的高斯噪声仿真是完全不同的。

在水声工程国防特色背景下，采取什么样的手段和方式，突破传统教学方式，跳出课堂模式的束缚，让学生以教研融合模式下的“大课堂”看专业领域、看社会和看世界，吸引真正感兴趣的学生，加入团队，形成良性的学术团队氛围，让合适的人获得合适的教育。

针对水声工程专业具有显著的专业理论和国防应用背景双重特点，在专业培养方案基础上，结合水声工程学院各基层学术团队的科研优势，构建科研和教学双核心驱动模式，将科研团队、教学团队、基层党组织相融合，围绕理论知识、动手能力、理想信念、创新意识和综合能力的培养，将教学、科研和育人相统一，充分发基层学术团队一线教学、科研和指导学生的核心堡垒作用，形成培养合力。在教学计划的实施过程中，学院在教师资源、实验室资源、项目支持和经费支持等方面引导和鼓励将创新性实验教学、课程设计、理论教学的实践案例部分、工程训练、专业实习、创新训练、毕业设计等与学术团队科研实施与训练计划对口衔接，通过团队集体组织和协作，结合水声技术国防科技重点实验室的平台，强化学生教学中的科研训练。学术团队在教学和科研训练过程中，形成典型的科研实践案例库，根据当前的科研任务发布开放性的实践任务，不断更新案例库，紧跟新理论和新技术的发展，不断完善教学内容，改善教学效果。在科研实施过程中，吸引感兴趣的学生申请参与部分科研任务，团队为其开辟专门的工位，提供必要的软硬件资源，让学生参与实际科研项目论证、过程实施和总结验收的过程，对学生进行全方位的系统训练。通过教学和科研的良性互动，逐渐形成以研促践，以践促学，以学促教，以教促建，以研促建，融研于教，寓教于践，教长于研，教研融合，以学术团队为核心的“一牵引，五促进，三融合”的科教融合育人模式。

科教融合育人模式既涉及人才培养模式、团队建设、本研教学模式联动及教学方式方法等领域，站在学术团队的角度，基于学校和学院教育理念，构建适合团队发展和人才培养的新模式，解决本研过度割裂，人才培养效率低下，没有充分利用科研反哺教学，导致学生发展受限、学习能动性不足和学术创新能力差的问题，建立成才趁早，兴趣开发，因材施教的新的教学模式，从批量生产到批中选优，分类培养的方案。

二、科教融合实施方法

在哈尔滨工程大学水声工程学院水声通信与网络技术学术团队建设中，利用国防科研优势，不断探索创新人才培养模式，根据专业特点和国防特色相结合，与行业结合，协同创新教学理念，将科研优势转化为水声工程专业人才培养的优势，把科研条件拓展为教学条件，以科研成果丰富教学内容。通过以教学和科研促进大学生探索与学习的兴趣，在教学和科研融合过程中培养学生的创新意识和创新能力，探索跳出传统模式教学“小课堂”看世界的方式，逐渐向非典型“大课堂”看世界新模式转变，通过本研联动，留住优质生源，进而促进科研发展，以科研的发展培养高素质拔尖人才，促进团队教研能力的提高，促进团队队伍建设，进而促进更多科研和教学成果，吸引更多人才和生源，反过来推动人才培养质量的提高。

通过政策引导、经费支持、团队科技活动、科创专项培训、企业导师和科创赛事，使科教融合实质落地，建设水声工程国防特色紧缺专业，培养满足行业和国防需求的理论、科学和实践合一的高水平高技术人才，主要的方法如下。

1.建立学生导师团队。由于水声工程专业的特点，本科生的专业水准很难胜任行业对高水平人才需求，因此约90%以上的本科生要进入研究生阶段的学习。水声工程学院由9 个主要学术团队构成，每个团队都具有各自的核心技术方向，以学术团队为基础，结合学业班主任制度，建立学生指导团队具有先天的优越性。每个年级的学生都可以自主选择导师，让学生在较长的时间内深入了解团队的研究，有更多的机会参与老师的科研项目、在老师的指导下参与科创大赛，以指导教师为媒介，使学生逐渐融入实验室团队，通过在实验室的身临其境的参与，加速课堂理论教学和科研实践的融合，将书本学习、专业实践、科学研究和学术研究相统一。借助团队的国际交流机会，增加学生与国内外同行接触的机会，培养国际化视野。

2.开展专业学习周和中短期培训班活动。在国防特色专业和国防需求的推动下，团队积累了大量的科研成果，建立专业学习周和中短期培训班制度，向感兴趣的同学开放，让学生到实验室现场观摩，感受实验室的学术氛围，选拔优秀学生参与实际项目的实施和论证，具体实施，指导学生撰写高水平学术论文，参加省级、国家级电子设计大赛及挑战杯竞赛等，使学生及早发现自身的兴趣，形成勤奋好学、积极创新的良好作风，同时也给团队吸引优秀生源奠定基础，进而提升团队科研队伍能力。通过中短期培训班，对学生进行超一流科创大赛培训，形成大赛指导团队（教师+学生），一届传一届，形成良性循环，引导学生创新意识的培养和创新能力的提高，通过参与赛事反哺理论知识的学习，同时也给团队吸引优秀生源奠定基础，进而提升团队科研队伍能力。

3.科研成果转化为教学内容，寓教于研。根据团队内各位老师的研究兴趣和研究成果，结合专业培养方案规定的理论专业课、核心课程，开设课时不等的创新性实验，借助水声技术重点实验室的平台，寓教于研，科教融合，及时把团队积累的各项科研成果转化为教学内容，让本科生了解学科动态和新技术进展，培养学生创新精神和实践能力。例如，本文作者所在的水声通信与网络技术团队，主要开展水下通信和探测设备样机的研制，积累了大量的水听器、探测样机、通信机、释放器、信号处理机、发射机和接收机等，形成了大量的实际工程论证报告、结题报告、软硬件研究设计与研发报告、学术论文和核心算法。将这些设备放入重点实验室水池里进行现场实验教学，极大提升了教学效果，因此吸引了大量感兴趣的学生在研究生阶段加入本团队。

4.国防特色科教融合育人作用。水声工程专业是国防特色紧缺专业，国家水下安全和海军装备建设都离不开水声和水声领域高技术人才。在教学和科研实践中，将学术组织和基层党支部相结合，通过师德师风建设，做品德之师、学问之师，引导和培养学生使命担当、家国情怀，坚定固我海疆、献身国防的信念，反过来促进学生乐于探索、务实笃行的精神，间接提高教学和科研效果。

5.科教融合与行业和国家需求密切结合。水声工程属于小学科大学问，是需要在湖泊和海洋中验证的高端实验科学，但学校地处不靠海的哈尔滨，学生们对于水声设备如何工作，理论知识如何应用往往一头雾水。为此，结合科研与行业内单位的合作，建立科研项目团队，融合教师、研究生和本科生，建立传承有序的科研队伍，围绕行业的技术和军事需求，在水声通信、水声探测与识别、水声对抗设备研制、实验和软件开发等方面，通过建立的项目团队，加强学生身临其境参与实习和实战，通过项目的实施，为学生提供高水平的实训平台，让学生真正认识自己专业，掌握自己专业的发展方向和前景，发现需要解决的难点，进而提出创新的方法，使学生整体素质得到提高，进而提升我们团队的整体教学和科研水平。

6.提供机会和平台，让学生跳出教学小课堂，在科教融合模式的“大课堂”开眼看世界。在学术团队层面，建立与学生之间除了教学之外的科研联系，以“教学和科研双核心”为驱动，通过高水平学术团队在科学研究、学术创新和国家交流方面的优势，通过学术团队和教师的资源，提供小课堂之外的资源，让学生站在学术团队的肩膀上看世界，培养学生的专业素养和科学家视野。

三、科教融合科学育人的实施效果

1.科教融合育人模式提高了学生对专业认同感和科研素质。团队专门开辟工位给本科生，结合创新周和中短期培训班制度，让学生极大增强了学术创新意识、科学研究动力、对学术团队的认同感。以2015 级513 班为例，全班共31 人，在团队学术氛围和科研训练的推动引领下，全班升学率83.9%，25.8%直博或硕博连读，其他的学生全部系统内就业。通过科教融合模式的实践，团队指导的博士生获得2019 年声学学会优秀博士论文提名奖和中国造船工程学会优秀论文奖。该博士结合博士论文的研究成果成功申请了国家自然科学基金项目和中国博士后基金项目。

2.科教融合促进了本科教学条件的提高。学院虽然具有国防科技重点实验室和国家级教学实验中心平台支撑，但由于水声技术的不断发展，迫切要求教学内容和教学设备不断更新。团队研制的高速水声通信机、水下语音通话机和探测声呐演示系统等装备与水声工程专业密切相关，正好用于教学，用于支撑和改善实验教学条件，对教学效果的提高具有明显的促进作用。

3.科教融合促进了人才培养和教师队伍建设。“一牵引，五促进，三融合”的科教融合育人模式实施过程中，贯通本科生和研究生学业过程，培养的学生95%以上考上研究生，其中超过20%的学生攻读博士生。以本人所在团队为例，在科教融合的过程中，促进了团队建设，目前团队具有教授4 名（外籍教师1 名），副教授4名，讲师2 名，工程师4 名，科研秘书2 名，在读硕博合计100 余名。团队成员获得各类国家级奖励和荣誉6 人次，省级7 人次，市级2 人次，校级3 人次。团队立足教学和科研，将教学科研有机结合起来，聚焦水声通信与探测等关键技术领域，致力于人才培养，支撑和服务国家战略需求，获评第24 届黑龙江省青年五四奖章集体。

4.科教融合促进了学生科技创新能力的提高，寓教于践，融研于教得以落地。以本团队为例，指导学生参与各类科技竞赛获奖数十项，包括“互联网+”大学生创新创业大赛国家级金奖、省级金奖、省级银奖各1 项，中国电子设计大赛国家二等奖、省级一等奖、二等奖，中国航行器设计大赛二等奖等各类大赛19 项，获得包括“互联网+”大学生创新创业省级金牌导师等4 项。特别是“互联网+”大赛取得国家级金奖，获得了团中央领导和航空科工委领导的肯定，2020 年10 月以来本项目获央视、黑龙江省新闻联播和搜狐网等多家媒体报道。

5.科教融合搭建工程实践平台，促进了学生参与国家大战略、大工程项目。在读博士生张文博搭载“深海一号科考船”前往西太平洋，在马里亚纳海沟开展“悟空”号7 709 m 深潜器实验，验证AUV 水声通信和水声定位关键技术，获得了《科技日报》等媒体的报道。

6.科教融合与党建相结合，促进了立德树人和课程思政建设。在水声通信与网络技术团队示范引领作用下，研究生以提升组织力为重点，着力发挥政治引领、团结凝聚研究生、促进教学科研等方面的战斗堡垒作用，在学习、科研、管理和服务等领域取得优异成绩。2018—2021 年度团队培养的研究生就获省级三好学生1 人次，省部级科技奖励1 人次，黑龙江省大学生年度人物1 人次，获得国家奖学金14 人次。